La combinación de la electrónica con la luz infrarroja puede permitir dispositivos pequeños, rápidos y sensibles para detectar, generar imágenes y enviar señales a nivel molecular. Sin embargo, en el espectro infrarrojo, los materiales deben cumplir estrictos requisitos de calidad para sus cristales para poder cumplir con los requisitos de estas funciones.
Ahora, los investigadores han encontrado una forma mejorada de fabricar cristales de alta calidad que resuenan fuertemente con la luz infrarroja. Probaron estos nanocristales en forma de cinta ("nanocintas") utilizando una sonda infrarroja única. Las nanocintas tienen la calidad medida más alta reportada para tales materiales hasta la fecha. Esta cualidad hace que los cristales tengan excelentes perspectivas para su uso en dispositivos infrarrojos de alto rendimiento.
En su estudio, publicado en ACS Nano En 2022, los investigadores fabricaron las nanocintas utilizando un método llamado deposición de vapor por llama (FVD). FVD es rápido, económico y escalable. Mejora un método anterior que utilizaba cinta adhesiva para despegar capas de material de un material a granel. FVD tampoco requiere tratamientos adicionales que puedan dañar y contaminar los cristales, lo que reduce su calidad.
Las nanocintas producidas con FVD tienen bordes paralelos excepcionalmente suaves que funcionan como superficies reflectantes. Esto permite que las nanocintas actúen de forma natural como cavidades resonantes ideales para ondas vibratorias estacionarias. El trabajo permite la producción directa, rápida y escalable de resonadores infrarrojos de alta calidad para investigación y desarrollo.
Utilizando FVD, los investigadores cultivaron nanocintas de óxido de molibdeno (MoO3 ), un material que exhibe propiedades potencialmente útiles para sintonizar sus resonancias con frecuencias de luz infrarroja. Controlaron los tamaños y formas de las muestras sintetizadas variando la temperatura, la concentración de molibdeno y el tiempo.
Para medir la calidad de estos nanoresonadores, los investigadores utilizaron nanoespectroscopia infrarroja sincrotrón (SINS) en Advanced Light Source, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía (DOE) en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. SINS utiliza la punta de un microscopio de fuerza atómica para enfocar haces de luz infrarroja de la radiación sincrotrón hasta un tamaño de punto que es más pequeño que la longitud de onda de la luz infrarroja.
Los mapas de resonancia resultantes caracterizan completamente por primera vez la respuesta infrarroja de banda ultraancha del MoO3 sintetizado con FVD. nanocintas con alta resolución espacial y espectral, que detectan modos de resonancia más allá del décimo orden. Los factores de calidad, una medida de la nitidez de las resonancias, proporcionan una evidencia clara de la alta calidad cristalina de las nanocintas sintetizadas.
Más información: Shang-Jie Yu et al, Resonadores polaritónicos infrarrojos de calidad ultraalta basados en nanocintas de van der Waals sintetizadas de abajo hacia arriba, ACS Nano (2022). DOI:10.1021/acsnano.1c10489
Información de la revista: ACS Nano
Proporcionado por el Departamento de Energía de EE. UU.
